纖維光陽極表面氣溶膠沉積過程研究.pdf

1、納米晶薄膜在光伏器件中有著廣泛的應用。納米晶薄膜制備方法對于薄膜光陽極結構調控及優(yōu)化具有重要意義。氣溶膠沉積法，由于工藝簡單、可在復雜表面沉積等優(yōu)點而被廣泛應用于光伏電極制備。近年來，為了拓展電池應用范圍、降低電池成本，新型纖維納米晶薄膜光伏電池得到了廣泛關注，其采取了創(chuàng)新性的纖維電池結構。這標志著氣溶膠沉積基底由傳統(tǒng)平板向纖維、織網等具有高曲率和精細結構的復雜基底發(fā)展。相比平板電池，在纖維基底表面沉積制膜，要求半導體氣溶膠不僅需要更高

2、均勻性；而且纖維基底的邊緣效應也成為了不可忽略的主要特征，電極界面氣溶膠沉積流場特征將顯著變化。研究纖維表面半導體氣溶膠的沉積流場對纖維光陽極結構優(yōu)化具有重要意義。
　　本文針對氣溶膠沉積制備纖維光陽極中所面臨的界面流場作用更復雜等新科學問題，研究了纖維表面氣溶膠的沉積流場及其與纖維基底表面的相互作用。為提供更均勻的氣溶膠流場，研究結合CFD模擬以及實驗驗證優(yōu)化了氣溶膠的二次霧化過程；在此基礎上觀測并模擬分析了氣溶膠在纖維表面的沉

3、積行為，討論了沉積過程流場內部相互作用機制；最后優(yōu)化并制備了納米晶氧化物纖維電極，將其成功應用于纖維染料敏化光伏電池。
　　研究主要發(fā)現(xiàn)了如下結論：
　?、偃肟谳d氣流速和噴霧壓力等二次霧化器結構參數(shù)對氣溶膠傳輸和分布的均勻度有很重要的影響。當載氣入口設于二次霧化器中部時，由于形成了更高效的混合區(qū)，二次霧化器出口處的乙醇的分布均勻度顯著提高。通過系統(tǒng)的分析，研究進一步確立了二次霧化的優(yōu)化條件為：載氣流速=1.5m/s、噴霧壓力

4、=10bar。
　?、谘芯孔C明由于氣溶膠與基底表面相互作用可以衍生出兩種新的流型：平行軸向往兩側形成分流以及沿圓柱面形成圓柱繞流。兩者共同作用誘發(fā)纖維上聚集成串珠結構的液滴。由于表面張力因素，纖維越粗越容易形成串珠結構。液滴的形成是流場線自發(fā)組織形成的，通過旋轉基底不能避免液滴產生。
　　③基底表面的流場結構直接影響成膜質量。研究發(fā)現(xiàn)由于氣溶膠流場線的聚集而導致在電極上聚集咖啡環(huán)等薄膜微觀形態(tài)，要形成較好的納米薄膜，不僅要提